CN109059897A - 一种基于agv小车的实时运行姿态的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其可较精确且快速地检测出小车在震动、倾斜等情况下的小车姿态，从而为导航系统提供一个有效的修正，在崎岖路面、不平坦路面、带坡路面上，可以通过增加多组激光头提高姿态检测精度。

Description

一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法

技术领域

本发明属于运行姿态获取方法领域，尤其涉及一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法。

背景技术

AGV小车姿态对于AGV的导航定位非常重要，当小车倾斜时会对多种定位系统产生系统性干扰，因而在崎岖地面、带坡地面等工况下运行的AGV小车有必要对其运行时的姿态进行实时计算并根据姿态对定位传感器进行补偿。惯性传感器可以用于AGV小车的姿态计算。

现有技术如基于惯性传感器方案并不适用于震动较剧烈的环境，因而难以对小车运行时姿态进行实时计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其可较精确且快速地检测出小车在震动、倾斜等情况下的小车姿态，从而为导航系统提供一个有效的修正，在崎岖路面、不平坦路面、带坡路面上，可以通过增加多组激光头提高姿态检测精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，具体包含如下步骤：

步骤1，获取摄像头拍摄的AGV小车在开机运行时拍摄的图片，计算出当前图片中激光光斑位置；

步骤2，从灭点向当前图片中激光光斑位置作射线，并和距离该射线最近的边缘光斑位置作一一对应；

步骤3，根据每组当前激光光斑位置和边缘光斑位置，计算激光光斑位置和边缘光斑位置分别到灭点的距离；然后对每个可能的装置与地面距离，根据当前激光光斑位置和边缘光斑位置到灭点的距离，计算装置在该距离下的倾斜角度大小；最后可得到一个长度为倾斜角度大小，角度为边缘光斑相对于灭点的角度的倾斜向量；

步骤4，对于每个AGV小车所有可能得离地距离，对计算出的倾斜向量进行最小二乘拟合，获取拟合直线，进而并计算其方差；

步骤5，输出方差最小的装置与地面距离；

步骤6，对于方差最小的装置与地面距离，作原点到该距离下拟合直线的垂线，且该垂线长度为倾斜角度大小，方向为倾斜方向，进而获取AGV小车的实时运行姿态。

作为本发明一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法的进一步优选方案，在步骤1中，计算出当前图片中激光光斑位置具体如下：

步骤1.1，预先测出激光光斑的HSV值，取H值，并将复数e^-iH记为L；

步骤1.2，对原始图像进行RGB-HSV变换，对每个偏移为x,y的像素的H值算出e^iH并记为P(x,y)；

步骤1.3，对变换后的图像的每个像素，计算d(x,y)＝i log(P(x,y)*L)。

作为本发明一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法的进一步优选方案，灭点具体如下：确保摄像头和激光组成的设备备相对地面水平，将本设备调高一个足够高的位置，使得摄像头中所有光斑看起来在一个点上，记录当前光斑在图片中的位置为灭点。

作为本发明一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法的进一步优选方案，灭点具体如下：边缘光斑的位置具体指：确保设备相对地面水平，将本设备调到一个足够低的位置，使得摄像头视野恰好看到所有激光头投射的光斑。记录各个光斑的位置称为边缘光斑的位置。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明可较精确且快速地检测出小车在震动、倾斜等情况下的小车姿态，从而为导航系统提供一个有效的修正，在崎岖路面、不平坦路面、带坡路面上，可以通过增加多组激光头提高姿态检测精度；

本发明不依赖高精度传感器进行姿态检测，不需要检测地球磁场，因而抗一定程度的电磁干扰，只要放在地面上就能够检测出姿态，姿态检测不受震动影响，本发明可通过升级摄像头直接提高姿态检测精度，可通过调节摄像头焦段分配地面距离检测与地面倾角检测的检测灵敏度。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，具体包含如下步骤：

步骤1，获取摄像头拍摄的AGV小车在开机运行时拍摄的图片，计算出当前图片中激光光斑位置；

计算出当前图片中激光光斑位置具体如下：

步骤1.1，预先测出激光光斑的HSV值，取H值，并将复数e^-iH记为L；

步骤1.2，对原始图像进行RGB-HSV变换，对每个偏移为x,y的像素的H值算出e^iH并记为P(x,y)；

步骤1.3，对变换后的图像的每个像素，计算d(x,y)＝i log(P(x,y)*L)。

步骤2，从灭点向当前图片中激光光斑位置作射线，并和距离该射线最近的边缘光斑位置作一一对应；装置一般装在于AGV小车底盘上，由于AGV负重、加减速等原因可能使底盘下降或上升。所述距离即所有在正常情况下可能发生的下降或上升。比如正常底盘距离地面会在(-5cm,+5cm)间，那么这个区间就是所有可能的装置与地面距离。

步骤3，根据每组当前激光光斑位置和边缘光斑位置，计算激光光斑位置和边缘光斑位置分别到灭点的距离；然后对每个可能的装置与地面距离，根据当前激光光斑位置和边缘光斑位置到灭点的距离，计算装置在该距离下的倾斜角度大小；最后可得到一个长度为倾斜角度大小，角度为边缘光斑相对于灭点的角度的倾斜向量；

步骤4，对于每个AGV小车所有可能得离地距离，对计算出的倾斜向量进行最小二乘拟合，获取拟合直线，进而并计算其方差；

步骤5，输出方差最小的装置与地面距离；

步骤6，对于方差最小的装置与地面距离，作原点到该距离下拟合直线的垂线，且该垂线长度为倾斜角度大小，方向为倾斜方向，进而获取AGV小车的实时运行姿态。

确保摄像头和激光组成的设备备相对地面水平，将本设备调高一个足够高的位置，使得摄像头中所有光斑看起来在一个点上，记录当前光斑在图片中的位置为灭点。

边缘光斑的位置具体指：确保设备相对地面水平，将本设备调到一个足够低的位置，使得摄像头视野恰好看到所有激光头投射的光斑。记录各个光斑的位置称为边缘光斑的位置。

具体实施例如下：本发明包括若干激光头、工业摄像头与工控机。其中激光头用于在地面上投射出相互平行的光线，本方案中具有若干个激光头。业摄像头拍摄投射在地面上的激光光斑并将图片传到工控机上分析，由工控机计算并得出姿态。结构如图1所示：

灭点：将设备调高到足够高以至于所有激光光斑都聚一起时，光斑在图片中的位置。

最低位置：将本设备调到一个足够低的位置，使得摄像头视野恰好看到所有激光头投射的光斑时的位置

边缘光斑：将设备调到最低位置时，各个激光光斑在图片中的位置。

物理灭点：将设备调到最低位置时，灭点映射到地面的地点。(找这个点的方法比如：摄像头监控上有个十字线标出了灭点位置，然后用笔尖在地面上寻找一个位置，使得十字线和笔尖重合，这个位置就是物理灭点)

光斑与灭点物理距离：物理灭点到各个地面上激光点的物理距离。

准备工作如下：

1.调整激光头，使其发射平行光线。

2.在地面上平放本设备，开启摄像头并打开激光头，使摄像头看到激光头投射在地面上的光斑。

3.确保设备相对地面水平，将本设备调高一个足够高的位置，使得摄像头中所有光斑看起来在一个点上，记录当前光斑在图片中的位置为(称为灭点)。

4.确保设备相对地面水平，将本设备调到一个足够低的位置，使得摄像头视野恰好看到所有激光头投射的光斑。记录各个光斑在图片的位置(称为边缘光斑的位置)。

计算姿态的步骤如下：

开启工控机和摄像头；

对于摄像头拍摄的照片，计算出当前图片中激光光斑位置；

1>预先测出激光光斑的HSV值，取H值，并将复数e^-iH记为L。

2>对原始图像进行RGB-HSV变换，对每个偏移为x,y的像素的H值算出e^iH并记为P(x,y)；

3>对变换后的图像的每个像素，计算d(x,y)＝i log(P(x,y)*L)；

4>计算d(x,y)；

从灭点向当前图片中激光光斑位置作射线。

对于每条灭点到激光光斑的射线，都找一个尚未找到对应射线的，离本射线距离最近的边缘光斑进行对应(距离指点到线的距离，属于初中数学)，得到N对激光光斑位置、边缘光斑位置、和射线。

循环：对于每个可能的距离(即AGV小车因空载满载导致的离地高度变化等)，做如下事情：

生成一个xyz三维坐标系S，包含一个点(0,0,0)。

对每组激光光斑位置(x1,y1)和边缘光斑(x2,y2)位置，计算他们到灭点(x0,y0)的距离(该距离就是普通的欧式距离，激光光斑位置到灭点的距离、和边缘光斑到灭点的距离)。设装置与地面距离为h，记光斑灭点物理距离为r，光斑到灭点距离为m，边缘光斑到灭点距离为n，装置地面在该射线下的倾斜角为a。通过公式a＝arctan(h*(n-m)/m)计算该距离下的倾斜角度。在坐标系S中加入点(x2-x0,y2-y0,tan(a)*sqrt((x2-x1)^2,(y2-y1)^2))。

对所有的点使用最小二乘法进行平面拟合(成熟技术)，记录拟合的平面于拟合的方差。取方差最小的平面。该平面为AGV当前姿态。

Claims (4)

1.一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1，获取摄像头拍摄的AGV小车在开机运行时拍摄的图片，计算出当前图片中激光光斑位置；

步骤2，从灭点向当前图片中激光光斑位置作射线，并和距离该射线最近的边缘光斑位置作一一对应；

步骤3，根据每组当前激光光斑位置和边缘光斑位置，计算激光光斑位置和边缘光斑位置分别到灭点的距离；然后对每个可能的装置与地面距离，根据当前激光光斑位置和边缘光斑位置到灭点的距离，计算装置在该距离下的倾斜角度大小；最后可得到一个长度为倾斜角度大小，角度为边缘光斑相对于灭点的角度的倾斜向量；

步骤4，对于每个AGV小车所有可能得离地距离，对计算出的倾斜向量进行最小二乘拟合，获取拟合直线，进而并计算其方差；

步骤5，输出方差最小的装置与地面距离；

步骤6，对于方差最小的装置与地面距离，作原点到该距离下拟合直线的垂线，且该垂线长度为倾斜角度大小，方向为倾斜方向，进而获取AGV小车的实时运行姿态。

2.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其特征在于：在步骤1中，计算出当前图片中激光光斑位置具体如下：

步骤1.1，预先测出激光光斑的HSV值，取H值，并将复数e^-iH记为L；

步骤1.2，对原始图像进行RGB-HSV变换，对每个偏移为x,y的像素的H值算出e^iH并记为P(x,y)；

步骤1.3，对变换后的图像的每个像素，计算d(x,y)＝i log(P(x,y)*L)。

3.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其特征在于：灭点具体如下：确保摄像头和激光组成的设备备相对地面水平，将本设备调高一个足够高的位置，使得摄像头中所有光斑看起来在一个点上，记录当前光斑在图片中的位置为灭点。

4.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的实时运行姿态的获取方法，其特征在于：灭点具体如下：边缘光斑的位置具体指：确保设备相对地面水平，将本设备调到一个足够低的位置，使得摄像头视野恰好看到所有激光头投射的光斑。记录各个光斑的位置称为边缘光斑的位置。